中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·地球生物學(xué)

總序i前言vii第一章地球生物學(xué)概述1第一節(jié)地球生物學(xué)的定義、學(xué)科地位與發(fā)展現(xiàn)狀1一、地球生物學(xué)的定義1二、地球生物學(xué)的研究對(duì)象3三、地球生物學(xué)的學(xué)科地位4四、地球生物學(xué)的特點(diǎn)4五、國(guó)際地球生物學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀5六、中國(guó)地球生物學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀11第二節(jié)地球生物學(xué)的主要研究進(jìn)展、重大科學(xué)問(wèn)題和研究?jī)?nèi)容15一、地球生物學(xué)的主要研究進(jìn)展15二、地球生物學(xué)要解決的重大科學(xué)問(wèn)題23三、地球生物學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容、發(fā)展重點(diǎn)和應(yīng)用前景25參考文獻(xiàn)29第二章早期生命起源、演化及其環(huán)境背景38第一節(jié)宜居行星的形成與地球生命起源38一、早期地球環(huán)境與生命起源39二、氫、氮、磷和金屬蛋白等生源要素的形成環(huán)境44三、最早的生命記錄與早期生物圈46第二節(jié)前寒武紀(jì)主要的微生物功能群及其演化51一、厭氧微生物與化能自養(yǎng)微生物群52二、光合自養(yǎng)微生物的出現(xiàn)及其對(duì)大氣海洋系統(tǒng)的影響54三、真核生物的起源與早期演化57第三節(jié)大氣成氧、海洋化學(xué)演化與微生物相互作用60一、大氣成氧事件與大氣圈演化階段60二、海洋氧化與海水化學(xué)條件演變67三、大氣海洋系統(tǒng)演化與微生物相互作用73第四節(jié)未來(lái)突破方向80一、大氣成氧機(jī)制及其對(duì)地球環(huán)境的影響過(guò)程80二、海洋化學(xué)轉(zhuǎn)換對(duì)元素化學(xué)循環(huán)的影響機(jī)制81三、地球早期環(huán)境演變對(duì)生命演化的控制機(jī)制81參考文獻(xiàn)一82第三章新元古代以來(lái)生態(tài)系統(tǒng)的演變和環(huán)境背景102第一節(jié)新元古代地球環(huán)境與后生動(dòng)物起源、輻射103一、新元古代環(huán)境背景103二、埃迪卡拉紀(jì)動(dòng)物起源與寒武紀(jì)生物大爆發(fā)104三、埃迪卡拉紀(jì)與寒武紀(jì)生物演化與環(huán)境的關(guān)系109第二節(jié)古生代三疊紀(jì)海洋生態(tài)系統(tǒng)演變與環(huán)境背景112一、古生代三疊紀(jì)構(gòu)造演化與環(huán)境背景113二、海洋生態(tài)系統(tǒng)演變與生物輻射事件115笫三節(jié)古生代三疊紀(jì)海洋生物滅絕事件122一、奧陶紀(jì)末期生物滅絕事件125二、泥盆紀(jì)生物滅絕事件127三、石炭紀(jì)中期生物滅絕事件128四、二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交生物集群滅絕事件130五、三疊紀(jì)末期生物滅絕事件131第四節(jié)未來(lái)突破方向132一、高精度年代地層框架132二、生物多樣性的定量統(tǒng)計(jì)132三、地質(zhì)事件過(guò)程的異同對(duì)比和模式分析133四、生物滅絕的環(huán)境機(jī)制133參考文獻(xiàn)136第四章地質(zhì)微生物功能群及其生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)與反饋149第一節(jié)重大地質(zhì)突變期的生物地球化學(xué)異常及其對(duì)環(huán)境的響應(yīng)149一、碳循環(huán)異常149二、硫循環(huán)異常156三、氮循環(huán)異常163四、碳氮硫循環(huán)異常記錄的生物與大氣、海洋環(huán)境之間的相互作用168第二節(jié)地質(zhì)微生物對(duì)地質(zhì)環(huán)境的分子響應(yīng)169一、重建古溫度的微生物指標(biāo)170二、指示古水文事件的微生物指標(biāo)175三、重建古大氣C02分壓的微生物同位素組成177第三節(jié)地質(zhì)微生物功能群通過(guò)生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用177一、與甲烷循環(huán)有關(guān)的地質(zhì)微生物功能群的地質(zhì)作用178二、與硫代謝相關(guān)的微生物功能群及其地質(zhì)作用180三、與氮代謝相關(guān)的微生物功能群的地質(zhì)作用183四、參與鐵氧化還原的微生物功能群的地質(zhì)作用190第四節(jié)未來(lái)突破方向194一、重大地質(zhì)突變期的生物地球化學(xué)循環(huán)194二、地質(zhì)微生物通過(guò)生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的響應(yīng)195三、地質(zhì)微生物通過(guò)生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)地質(zhì)環(huán)境的作用196參考文獻(xiàn)198第五章微生物地質(zhì)作用229第一節(jié)微生物與礦物的相互作用229一、礦物與生物的協(xié)同演化230二、微生物與礦物相互作用的模式232三、半導(dǎo)體礦物與非光合微生物的相互作用232四、白云石的微生物成因233五、微生物與黏土礦物的相互作用234六、礦物治理環(huán)境237第二節(jié)微生物的沉積成巖作用238一、磷塊巖239二、微生物碳酸鹽巖241第三節(jié)未來(lái)突破方向244一、礦物微生物的地質(zhì)歷史意義245二、在治理污染環(huán)境中的應(yīng)用246三、微生物通過(guò)礦物如何調(diào)控全球氣候246參考文獻(xiàn)247第六章極端環(huán)境微生物與深部生物圈254第一節(jié)微生物對(duì)極端物理環(huán)境因子的響應(yīng)254一、微生物對(duì)高溫的響應(yīng)254二、微生物對(duì)高壓的響應(yīng)259三、微生物對(duì)輻射的響應(yīng)262第二節(jié)微生物對(duì)極端化學(xué)環(huán)境因子的響應(yīng)265一、缺氧環(huán)境265二、高鹽環(huán)境265三、高酸環(huán)境271四、堿性環(huán)境273第三節(jié)生命的邊際274一、能量代謝是生命與環(huán)境協(xié)同演化的橋梁275二、生命演化的分子基礎(chǔ)來(lái)源于對(duì)溫度的適應(yīng)性276參考文獻(xiàn)278第七章太空環(huán)境對(duì)地球生命的影響及地外生命探測(cè)293第一節(jié)太空環(huán)境對(duì)地球環(huán)境和生命的影響293一、宇宙射線對(duì)地球環(huán)境及生命的影響293二、大陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球環(huán)境及生命的影響298三、小天體撞擊對(duì)地球環(huán)境及生命的影響304第二節(jié)地外生命探測(cè)技術(shù)306一、軌道器探測(cè)306二、原位探測(cè)技術(shù)309三、地外樣品研究314四、地外智能生命探測(cè)技術(shù)315五、地外生命的相似性研究技術(shù)316第三節(jié)識(shí)別生命在地球以外環(huán)境存在的可能性和特征319一、前生命物質(zhì)的形成與演化319二、宇宙宜居住環(huán)境的特征分布與探測(cè)322三、火星的可能生命標(biāo)志信息323四、木衛(wèi)二的可能生命標(biāo)志信息331五、土衛(wèi)六的可能生命標(biāo)志信息333六、土衛(wèi)二的可能生命標(biāo)志信息334參考文獻(xiàn)335第八章中國(guó)地球生物學(xué)發(fā)展的建議與措施350一、盡快建立深時(shí)環(huán)境變化與生物演化中國(guó)研究計(jì)劃350二、加強(qiáng)中國(guó)地圈生物圈觀測(cè)網(wǎng)的地球生物學(xué)特色356三、加強(qiáng)地球生物學(xué)的學(xué)科建設(shè)和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)358四、創(chuàng)建有中國(guó)特色的地球生物學(xué)359參考文獻(xiàn)360關(guān)鍵詞索引362彩圖369